Đang tải... (xem toàn văn)
xuất hiện những chất liệu khác như gốm, than hoạt tính (tốt nhất là than dừa), chất liệu nhựa polypropylene, nhựa trao đổi ion... đã giúp cho việc lọc nước khá hơn nhiều
Báo cáo Nghiên cứu khoa học LỜI NÓI ĐẦU Nước là nhu cầu thiết yếu cho con người, động vật và cây cối. Nước có ý nghĩa quan trọng đối với cuộc sống con người nhưng nó phải là nguồn nước sạch. Vùng nông thôn nước ta chiếm khoảng 80% dân số cả nước có nhu cầu nước sạch rất cao nhưng số lượng người dân được sử dụng nước sạch còn hạn chế, đặc biệt là các cụm dân cư ven biển nằm rải rác khắp và gắn bó mật thiết với các vùng nông thôn. Ở những khu vực nhỏ ven biển, điều kiện về nguồn nước rất hạn chế, nguồn nước ngầm và nước mặt bị nhiễm mặn, nguồn nước mưa khó thu gom nên việc đầu tư một hệ thống cấp nước đủ quy mô và tiêu chuẩn là nhu cầu chính đáng của người dân và phù hợp với chủ trương của Chính phủ. Hiện nay nhiều dự án xây dựng công trình cấp nước sạch và vệ sinh nông thôn do Nhà nước và quốc tế tài trợ như chương trình Unicef, dự án của Chính phủ Nhật Bản (JICA), ngân hàng phát triển Châu Á (ADB), ngân hàng thế giới (WB) đã và đang được triển khai ở các địa phương. Số lượng công trình do nhân dân tự xây dựng còn lớn hơn nhiều. Mặc dù vậy, mới chỉ đáp ứng được khoảng 50% nhu cầu cấp nước sạch của toàn dân. Giải quyết triệt để vấn đề này là một thách thức không nhỏ đối với toàn xã hội. Trên Trái đất, nước biển ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước uống do việc phát triển các nguồn nước ngọt tự nhiên bị hạn chế. Theo khảo sát của các tổ chức quốc tế, 97,5% nước trên Trái đất là nước biển và không hơn 2,5% là nước ngọt. Tình trạng thiếu nước trầm trọng do gia tăng dân số, đô thị hóa và chất lượng cuộc sống trên thế giới ngày càng cao hơn đã khiến nhiều quốc gia (nhất là các vùng khô hạn và bán khô hạn) phải chấp nhận các công nghệ khử mặn. Trong xử lý nước cấp cho sinh hoạt từ nguồn nước tự nhiên, những vật liệu lọc như cát, sỏi, … chỉ giúp ta khử bỏ những Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH 1 Báo cáo Nghiên cứu khoa học chất bẩn thô, những hạt huyền phù và một phần nhỏ các hợp chất đã kết tủa như sắt, man-gan, còn chất độc hại hòa tan trong nước thì hầu như không lọc được. Sau này, xuất hiện những chất liệu khác như gốm, than hoạt tính (tốt nhất là than dừa), chất liệu nhựa polypropylene, nhựa trao đổi ion . đã giúp cho việc lọc nước khá hơn nhiều. Tuy nhiên, nó mới chỉ dừng ở mức độ giữ lại các hạt chất bẩn có kích thước nhỏ, riêng vi sinh vật thì không được lọc tốt. Do những hạn chế của các vật liệu lọc trên, đã xuất hiện các phương pháp xử lý nước bằng màng lọc. Kỹ thuật màng là một trong những quá trình khá mới được phát triển và ứng dụng trong công nghệ xử lý nước, nước thải trong gần 30 năm trở lại đây. Màng hoạt động như một hàng rào chắn đối với dòng chảy của một hỗn hợp gồm chất lỏng và các cấu tử trong đó. Màng có tính thấm chọn lọc khác nhau đối với các cấu tử khác nhau. Trên cơ sở đó, qua một thời gian nghiên cứu, thu thập tư liệu dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Đức Hạ, Ks Phạm Duy Đông, Ks Trần Hoài Sơn, nhóm sinh viên của ngành Cấp thoát nước - Viện Khoa học và kỹ thuật môi trường đã tiến hành nghiên cứu Đề tài: “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MÀNG LỌC NANO NHIỀU BẬC ĐỂ KHỬ MẶN NƯỚC VEN BIỂN CẤP CHO SINH HOẠT” Đây là Phương pháp khá mới nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý nước cấp. Nhưng trên cơ sở vừa học, vừa thực nghiệm, áp dụng lý thuyết vào thực tế, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Đức Hạ, Ks Phạm Duy Đông, Ks Trần Hoài Sơn nhóm nghiên cứu đã đạt được kết quả bước đầu khả quan ở quy mô phòng thí nghiệm. Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH 2 Báo cáo Nghiên cứu khoa học Có thể nói phương pháp “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MÀNG LỌC NANO NHIỀU BẬC ĐỂ KHỬ MẶN NƯỚC VEN BIỂN CẤP CHO SINH HOẠT” có những ưu điểm nổi bật. Từ những kết quả đạt được , nhóm nghiên cứu thấy rằng Phương pháp này hoàn toàn khả quan và nó sẽ vừa góp phần giải quyết nhu cầu chính đáng cho người dân vừa góp phần hiện thực hoá chủ trương chính sách của Đảng và Nhà nước. Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH 3 Báo cáo Nghiên cứu khoa học LỜI CẢM ƠN Phương pháp “nghiên cứu sử dụng màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho sinh hoạt” là phương pháp khá mới, chưa áp dụng, nghiên cứu rộng rãi ở nước ta. Đó là phương pháp có nhiều ưu điểm về phương diện kỹ thuật, quy mô sản xuất và giá thành hoạt động. Dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Trần Đức Hạ, Ks Phạm Duy Đông, Ks Trần Hoài Sơn nhóm nghiên cứu đã dần hoàn thành được khối lượng công việc đặt ra và thu được kết quả tốt đẹp. Chúng em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến PGS.TS Trần Đức Hạ, Ks Phạm Duy Đông, Ks Trần Hoài Sơn đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài trên. Chúng em cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trên phòng thí nghiệm,các thầy cô giáo bộ môn Cấp thoát nước – Viện khoa học và kỹ thuật môi trường đã tạo điều kiện, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Nhóm sinh viên NCKH Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH 4 Báo cáo Nghiên cứu khoa học PHẦN MỞ ĐẦU Tên đề tài : “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MÀNG LỌC NANO NHIỀU BẬC ĐỂ KHỬ MẶN NƯỚC VEN BIỂN CẤP CHO SINH HOẠT” Mục đích ngiên cứu: Thông qua nghiên cứu lý thuyết, thực tế, áp dụng thực nghiệm để áp dụng rộng rãi PP vào xử lý nước cấp cho sinh hoạt, phù hợp với các vùng ven biển nước ta. Nội dung nghiên cứu : Nghiên cứu lý thuyết: Xây dựng mô hình phục vụ thí nghiệm. Nghiên cứu thực nghiệm: Vận hành mô hình với các thông số khác nhau tìm ra thông số thiết kế, vận hành mô hình thực tế một cách tối ưu nhất. Thời gian nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: từ tháng 9/2010 Nghiên cứu thực nghiệm: từ tháng 6/ 2011. Nhóm tham gia nghiên cứu : Thành viên lớp 53 MN1 – Viện khoa học và kỹ thuật môi trường : 1. Mai Thanh Quang 2. Nguyễn Quang Vinh 3. Ong Khắc Quý Giáo viên hướng dẫn : 1. PGS.TS Trần Đức Hạ 2. KS Phạm Duy Đông 3. KS Trần Hoài Sơn. Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH 5 Báo cáo Nghiên cứu khoa học CHƯƠNG I : ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC CẤP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CỦA CÁC CỤM DÂN CƯ NÔNG THÔN VEN BIỂN HẢI ĐẢO VIỆT NAM 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH CẤP NƯỚC VÙNG VEN BIỂN VIỆT NAM 1.1. Lịch sử phát triển cung cấp nước vùng ven biển: Lịch sử phát triển cung cấp nước vùng ven biển cũng chính là lịch sử phát triển và cung cấp nước vùng nông thôn Việt Nam. Ngay sau ngày hòa bình lập lại ở miền Bắc (1954), Đảng và Chính phủ đã quan tâm đến đề sức khỏe và môi trường sống của nhân dân nói chung và ở nông thôn nói riêng. Từ năm 1960 ngành Y tế đã tuyên truyền vận động mạnh mẽ nhân dân xây dựng ba công trình Giếng nước – Nhà tắm – Hố xí. Hưởng ứng Thập kỷ Quốc tế cấp nước và vệ sinh môi trường của Liên Hợp Quốc 1981-1990, chương trình cung cấp nước sinh hoạt nông thôn được bắt đầu triển khai ở Việt Nam với sự tài trợ giúp mạnh mẽ của Quỹ nhi đồng Liên Hợp Quốc (UNICEF. Trong thời gian gần đây, lĩnh vực cung cấp nước và vệ sinh môi trường nông thôn nhất là vùng ven biển đang được Chính phủ Việt Nam và nhiều tổ chức quốc tế, quốc gia và phi chính phủ quan tâm. 1.2. Tình hình cung cấp nước sạch các vùng nông thôn ven biển. - Giai đoạn trước 1980 trước khi triển khai chương trình nước sinh hoạt nông thôn do UNICEF tài trợ: Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH 6 Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trong giai đoạn này các công trình cấp nước là các công trình cấp nước cổ truyền như: hồ, lu chứa nước mưa, giếng khơi thu nước ngầm mạch nông, giếng khoan khơi thu nước mặt ven hồ và giếng công cộng. - Giai đoạn từ 1981 – 1994 (trước khi có chỉ thị 200TTg của Thủ tướng chính phủ) Trước ảnh hưởng to lớn của việc cung cấp nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn, hưởng ứng chương trình hành động của Liên hợp quốc về thập niên cung cấp nước uống và vệ sinh môi trường thế giới (1981 – 1990). Năm 1982 Chính phủ Việt Nam đã thành lập ủy ban quốc gia về nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường. Năm 1982, chương trình đã triển khai các dự án đầu tiên có tính thử nghiệm về mô hình cấp nước với hộ nông dân. Sau một năm thực hiện với nguồn nước sinh hoạt hoặc sử dụng nguồn nước không đảm bảo vệ sinh. Từ kết quả này, năm 1984 được sự thỏa thuận của UNICEF, vùng dự án tiếp tục mở rộng ra 3 tỉnh phía Bắc: Thanh Hóa, Nghệ Tĩnh và Hà Nam Ninh. Trên cơ sở những mô hình cấp nước có hiệu quả, được sự đồng ý của chính Phủ và chấp thuận của tổ chức UNICEF, chương trình được mở rộng ra nhiều tỉnh. Năm 1987 chương trình được mở rộng ra 7 tỉnh đưa quy mô cấp nước lên 23 tỉnh, thành phố đồng thời vốn tài trợ của UNICEF cho chương trình được tăng nhanh qua mỗi năm. Năm 1990 có thêm 14 tỉnh tham gia chương trình.Từ năm 1987 được sự đồng ý của Chính phủ, ngân sách địa phương đã góp phần hỗ trợ cho hoạt động của Chương trình cấp tỉnh, thành phố, huy động thêm nguồn vốn của người sử dụng đồng thời chủ trương thay thế hàng nhập khẩu, góp phần giảm được giá thành . Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH 7 Báo cáo Nghiên cứu khoa học Đến hết năm 1990, sau hai tài khóa trợ giúp của UNICEF với tổng kinh phí tài trợ 15,095 triệu USD đã thực hiện được 33.487 giếng trên địa bàn 38 tỉnh, thành phố (tính theo tỉnh mới) đáp ứng cho khoảng 4 triệu nông dân nông thôn có nước sạch cho nhu cầu sinh hoạt. 2. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC 2.1. Tình trạng hoạt động của các công trình Phát triển công trình cấp nước tập trung quy mô thôn, xã, cụm xã hiện nay đang được nhiều địa phương áp dụng và phát triển, nhất là ở những vùng người dân vùng ven biển sống tập trung có thu nhập tương đối ổn định. Người dân đã nhận thức được rằng mặc dù công trình cấp nước tập trung đòi hỏi đầu tư lớn, nhưng chúng có nhiều ưu điểm như hiệu quả kinh tế cao, có chất lượng nước đảm bảo, nước được đưa đến từng hộ gia đình, chi phí sử dụng nước được thanh toán qua đồng hồ theo giá được duyệt của cấp có thẩm quyền, tuổi thọ công trình cao. Tuy nhiên tình trạng hoạt động của các công trình cấp nước tập trung còn có rất nhiều vấn đề cần phải quan tâm xem xét và khắc phục. Nguyên nhân chủ yếu để các công trình xử lý trong hệ thống cấp nước tập trung hỏng hoặc xuống cấp là do chế độ vận hành và bảo dưỡng công trình không đúng theo quy định và trình độ của người quản lý còn thấp không phù hợp. 2.2. Hình thức quản lý vận hành các công trình: Việc quản lý các công trình cấp nước tập trung hiện nay vẫn còn nhiều bất cập và lúng túng, chưa có một mô hình quản lý, vận hành thống nhất cho Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH 8 Báo cáo Nghiên cứu khoa học các địa phương trong cả nước. Tuỳ thuộc vào nguồn vốn đầu tư mà chủ sở hữu các công trình ở các địa phương đưa ra mô hình quản lý vận hành khác nhau. Trong các mô hình quản lý trên chỉ có mô hình do các công ty cấp nước hoặc Trung tâm nước SH và VSMT nông thôn quản lý thì các cán bộ quản lý có chuyên môn và được đào tạo cơ bản. Còn các mô hình quản lý khác thì các cán bộ quản lý đều không có trình độ chuyên môn và chỉ được tập huấn sơ qua. 2.3. Chất lượng nước: Hầu như các hệ thống cấp nước tập trung đang hoạt động cung cấp nước cho nhân dân không được kiểm tra chất lượng nước thường xuyên mà chỉ phân tích chất lượng khi công trình xây dựng xong đưa vào sử dụng. Theo báo cáo của các địa phương và trên cơ sở tổng hợp của Văn phòng Chương trình mục tiêu quốc gia Nước sạch và VSMT nông thôn, thì đến hết năm 2003 có 54,3% dân số ven biển Việt Nam được hưởng nước sạch. Tuy nhiên, chất lượng nước đảm bảo tiêu chuẩn quốc gia (Tiêu chuẩn 1329 của Bộ Y tế) chỉ đạt dưới 20%. 2.4. Công nghệ xử lý nước Thực tế hiện nay công nghệ xử lý cấp nước sinh hoạt cho các vùng ven biển rất đa dạng, từ công nghệ xử lý đơn giản cho các công trình cấp nước nhỏ lẻ đến các công nghệ xử lý hiện đại cho các hệ thống cấp nước tập trung quy mô lớn. Các công nghệ xử lý thường áp dụng bao gồm: Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH 9 Báo cáo Nghiên cứu khoa học - Xử lý nước mặt bằng phương pháp đánh phèn (ở vùng ven biển đồng bằng sông Cửu long). Phương pháp này chỉ có tác dụng làm trong nước, các chỉ tiêu hoá học hoặc vi sinh không xử lý được do vậy chất lượng nước rất kém. - Xử lý nước mặt bằng công nghệ giếng thấm (áp dụng cho hộ hoặc nhóm hộ gia đình). - Xử lý nước mặt bằng bể lọc chậm cho cụm dân cư nhỏ * Một số dây chuyền công nghệ xử lý nước tập trung: - Dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt bằng bể lọc chậm - Dây chuyển công nghệ xử lý nước mặt. Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH 10 Nguồn nước Bể lọc chậm Bể chứa nước sạch Mạng phân phối TB cấp I Nguồn nước Tháp hoà trộn Bể lọc nổi Phèn Khử trùng TB cấp II BCNS Bể lọc cát [...]... lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học 32 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học 33 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học 34 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học 35 Đề tài: NC màng. .. Sơ đồ 1 Nước biển Bộ lọc cát Bộ siêu lọc UF Bộ lọc NF Bộ lọc RO Nước ra 2 Sơ đồ 2 Nước biển Bộ lọc cát Bộ siêu lọc UF Bộ lọc NF Bộ lọc trao đổi ion Nước ra 27 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học 3 Sơ đồ 3 Nước biển Bộ lọc cát Bộ siêu lọc UF Bộ lọc NF 1 Bộ lọc NF 2 Nước ra 4 Sơ đồ 4 Nước biển Bộ siêu lọc UF Bộ lọc Nano NF Bộ lọc RO Nước ra... số các quá trình khác trong xử lý nước, ví dụ lắng và lọc 13 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học 1.2 Các loại màng lọc Màng lọc có thể được phân loại theo kích cỡ lọc và mức độ áp lực Ngoài ra màng lọc có thể phân loại theo vật liệu cấu tạo màng, hình dáng hình học a Vi lọc (Microfiltration – MF) Các màng lọc loại này có các lỗ rỗng 0,1... học 34 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học 35 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học 36 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH ... nước mặt sử dụng bể lọc tự rửa Suối Hồ chứa Bể lọc tự rửa Bể chứa Mạng tiêu thụ Dây chuyền xử lý này đã được xây dựng và sử dụng tại bán đảo Sơn Trà - Đà Nẵng 12 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH LỌC MÀNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÀNG LỌC 1.1 Khái niệm màng lọc Màng lọc là một lớp màng vật liệu mỏng... sợi rỗng Mô đun màng có 4 loại chính: dạng khung tấm, dạng ống, dạng dây cuốn xoắn, và dạng sợi rỗng 2 CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH LỌC MÀNG 2.1 Nguyên tắc tách giữ các các chất của màng lọc Nguyên tắc cơ bản của màng lọc nano là việc sử dụng áp lực để tách các chất hòa tan trong nước bằng cách sử dụng một màng bán thấm Theo đó 18 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên... màng b Lọc trượt 19 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học Trong kỹ thuật lọc trượt luôn có một lượng nước nạp được hồi lưu Nước nạp trong vòng tuần hoàn chảy song song với màng, chỉ một phần nhỏ nước nạp được chảy qua màng và phần lớn thoát ra khỏi modun Do vậy lọc trượt gây tổn hao năng lượng lớn do phải tạo áp lực cho toàn bộ nước nạp Lọc. .. tính màng 15 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học Màng lọc có thể được chia ra màng đối xứng và không đối xứng Màng đối xứng là màng đồng chất có các lỗ rỗng được tạo thành do kỹ thuật bắn phá bằng chùm tia, sau đó cho hoá chất tác dụng cố định lại Màng không đối xứng là màng hỗn hợp, thường làm từ vật liệu là polyme, composite gồm nhiều. .. chịu được ăn mòn, do phải bơm nước biển Bơm có Q = 500-700 l/h , H = 2-3 bar 24 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học - Ống sử dụng là ống HDPE D21 - Cột lọc 10 µm có vỏ làm bằng nhựa tổng hợp Lõi lọc 10 µm - Cột lọc UF: Là loại OUF-4 của Trung Quốc + Màng UF có dạng lọc trượt, kích thước lỗ trên màng là 0.2 µm + Màng được làm bằng chất liệu... hành đo 29 Đề tài: NC màng lọc nano nhiều bậc để khử mặn nước ven biển cấp cho SH Báo cáo Nghiên cứu khoa học CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - THẢO LUẬN Vì điều kiện và tính chất phòng thí nghiệm không thể lấy trực tiếp và sử dụng nước biển nên nhóm nghiên cứu sử dụng nước đầu vào là nước pha muối .Nước đầu vào vẫn đảm bảo nồng độ muối theo yêu cầu.Với tính chất nước ven biển ở nước ta có hàm lượng